背景

慢性肾病，以其高发生率和强大的潜伏性，已越来越成为一种常见的疾病。如果能够及时地检测到该疾病的发生进程，将大大改善后续的治疗效果。在众多病理特征中，肾小管间质纤维化（Tubulointerstitial fibrosis）作为众多肾脏疾病发展进程中的常见中间体，是反映肾脏状态的重要指标。目前，临床治疗方法仍然只能做到减缓病程，并不能阻止或者扭转疾病对于组织的破坏。因此，医疗和科研工作人员将注意力放在了疾病的早期阶段——如果能在该阶段确定病变，则有更大的几率阻止疾病恶化。

研究思路

在此背景下，Dingyuan等人尝试对肾小管间质纤维化进行实时检测。传统的方法使用的肾活组织切片（Kidney biopsy）容易导致大量出血，因而作者更偏向于非接触式检测。而在该领域，通常选用CT、核磁共振等方式，但这些方式辐射风险相对较大，因此作者最终选择了光声/荧光成像方式。而在显影剂的选择上，相对于无机材料，有机材料具有更好的生物降解能力、纯度以及聚集诱导发光效应（Aggregation-induced emission, AIE）——一种在溶液中分散时几乎不发光，但在聚集状态时发光大大增强的现象——因而被作者看中。同时，现有的大部分具有AIE的光声显影剂为疏水性材料，不利于均匀分散和体内代谢，因此作者开发了一款水溶性AIE肾小管间质纤维化检测显影剂。

显影剂设计及表征

作者首先获得的是AIE-4COOH分子——一个携带4个羧基的具有AIE效应的分子。为了增加其水溶性，作者将4个羧基全部PEG化，成为AIE-4PEG550。AIE-4PEG550在DMSO/水体系中溶解良好，并能够自组装形成纳米粒子（AIE-4PEG550 NPs，图1）。表征结果显示该粒子有以下两个优点：一、粒径约26 nm，质量约3.3 kDa，能够有效通过肾脏的滤过作用（截留质量通常为30-50 kDa）；二、光稳定性好：在660 nm波长持续照射30 min后，仅有微小强度下降，而作为对照的显影剂ICG则已完全猝灭。在645 nm处具有最强吸收峰，而发射峰则在893 nm。

图1 AIE-4PEG550纳米粒子设计思路

图2 AIE-4PEG550 NPs的左）吸收、发射图谱；右）粒径检测（溶液均为水）

体外和体内实验

体外实验着眼于该有机分子的生物兼容性。在0 – 100 μg/mL该分子溶液中孵育24 h后，HK-2细胞（Human kidney -2，人肾皮质近曲小管上皮细胞）的存活率仍在95%以上（图3）。

图3 在不同浓度AIE-4PEG550 NPs环境下孵育的HK-2细胞存活率

在正常体内实验中，作者同时进行了荧光和光声成像，相互验证了该显影剂主要聚集于肾脏而非肝脏（图4），随着时间流逝，肾脏中的含量逐渐降低，膀胱中的含量逐渐增加，表明该显影剂可由肾脏代谢，并由尿液排出。测得的24 h清除效率为93.1 ± 1.7%（图5）。

图4 在注射显影剂后，肾脏的荧光（A）和光声（B）、膀胱的荧光（C）和光声（D）随时间的成像效果变化。在肾脏中，4 min达到顶峰，而在膀胱中，60 min达到顶峰。E和F分别为相应的数值变化柱状图

图5 肾脏清除效率随注射后时间变化曲线（每只小鼠200 μg剂量，n = 3）

而在肾病模型小鼠上，同样的剂量表现出截然不同的结果：直到180 min之前，肾脏中的显影剂含量一直在增加，说明肾脏代谢功能降低，本该快速代谢到膀胱的化合物积聚在肾脏中（图6），这一现象也在相应的荧光信号强度上有所验证（图7）。通过这种区别，能够较为直观地评估肾脏代谢功能。

图6 在注射显影剂后，肾脏的荧光（A）和光声（B、C）、膀胱的荧光（D）和光声（E、F）随时间的成像效果变化。

图7 肾病模型小鼠注射显影剂后180 min的荧光信号强度变化（红：肾脏；蓝：膀胱）

小 结

作者设计并开发了一种新型荧光/光声显影剂，其优点主要有：一、体积小，可通过肾脏过滤；二、高效的肾脏清除效率；三、得益于AIE效应，成像效果优异；四、良好的生物兼容性；五、优良的光稳定性。在文献中，作者将其应用于非侵入式地诊断肾小管间质纤维化情况，祝愿在不久的将来，这项技术可以用于临床，帮助医生快速诊断肾脏功能，从而帮助患者更好地恢复。